Акумулятор «Тесла»: пристрій, характеристики, застосування

Компанія «Тесла», відома, в першу чергу, проривом в області електрокарів. Концепція екологічно чистого транспорту давно освоюється найбільшими автогігантами, але американським інженерам вдалося ближче всіх довести ідею до реальних інтересів споживача. Неабиякою мірою цьому сприяли системи енергопостачання, які повинні були повністю замінити традиційний двигун внутрішнього згоряння. І лінійка батарей для електромобіля Tesla Model S ознаменувала собою новий етап розвитку сегмента.

Аккумулятор "Тесла": устройство, характеристики, применение

Застосування акумуляторів

Основні мотиви розробки принципово нових елементів живлення були викликані завданнями збільшення експлуатаційних якостей електричних автомобілів. Тому базова лінійка орієнтується на забезпечення транспорту інноваційною системою енергопостачання. Зокрема, для моделей Tesla Model S застосовуються флагманські літій-іонні версії акумуляторів. Їх особливістю є виключення так званого гібридного принципу роботи батарей, в якому допускається поперемінне харчування машини від акумуляторного блоку і ДВС. Компанія прагне зробити енергопостачання електрокарів повністю незалежним від традиційного палива.

Однак системами живлення автотранспорту розробники не обмежуються. На сьогоднішній день сформувалося кілька серій з акумуляторами, призначеними для стаціонарного побутового та комерційного використання. І якщо акумулятор «Тесла» для автомобіля орієнтований на підтримку функціональності ходових механізмів і бортової електроніки, то моделі батарей-накопичувачів енергії можна розглядати як універсальні та автономні джерела енергопостачання. Потенціалу даних елементів достатньо для обслуговування, наприклад, домашньої побутової техніки. Також розвивається концепція акумуляції сонячної енергії, але поки про широкому поширенні подібних систем мови не йде.

Аккумулятор "Тесла": устройство, характеристики, применение

Пристрій акумулятора

Батареї мають особливу структуру і конфігурацію розташування активних елементів. В першу чергу, блоки живлення відрізняються базуванням на літій-іонної основі. Такі елементи давно використовуються в якості джерела живлення мобільних пристроїв і електроінструменту, але завдання енергопостачання транспорту для них вперше відкрили розробники акумулятора «Тесла». Для автомобіля застосовується блок, що складається з 74 компонентів, які зовні нагадують пальчикові батарейки. Весь блок розділений на кілька сегментів (від 6 до 16 в залежності від версії). В якості позитивного електрода виступає графіт, а негативний заряд дає ціла група хімічних наповнювачів, серед яких оксид алюмінію, кобальт і нікель.

Що стосується інтеграції в конструкцію автомобіля, то акумуляторний блок кріпиться до днища. До речі, саме таке розміщення забезпечує електрокарам знижений центр ваги і, як наслідок, оптимальну керованість. Безпосередньо фіксація здійснюється за допомогою комплектних кронштейнів.

Оскільки аналогів подібних рішень на сьогоднішній день одиниці, то, в першу чергу, може прийти думка про порівняння батареї Tesla з традиційними акумуляторами. І в цьому сенсі логічно виникає питання про безпеку, як мінімум, такого способу розміщення. Завдання забезпечення захисту вирішується високоміцним корпусом, який укладено акумулятор «Тесла». Пристрій кожного блоку також передбачає наявність огороджувальних металевих пластин. Причому ізолюється не сам внутрішній відсік, а кожен сегмент окремо. До цього варто додати і наявність пластикової накладки, яка спеціально призначена для виключення проникнення води під корпус.

Аккумулятор "Тесла": устройство, характеристики, применение

Технічні характеристики

Найпотужніша версія акумулятора для електрокара «Тесла» включає близько 7104 міні-батарей, має 210 см по довжині, 15 см в товщину і 150 см по ширині. Електрична напруга в блоці складає 3,6 Ст. Для порівняння, обсяг енергії, що виробляється однією секцією батареї, відповідає виробленій потенціалу від акумуляторів сотні портативних комп’ютерів. Але і вага акумулятора «Тесла» досить значний – близько 540 кг

Що ж дають ці характеристики електрокару? За розрахунками фахівців, батарея об’ємом 85 кВт*год (середня в лінійці виробника) дозволяє проїжджати на одному заряді близько 400 км. Знову ж таки, для порівняння, не так давно найбільші автовиробники в «зеленому» сегменті боролися за показники 250-300 км шляху, який міг долатися без дозарядки. Вражає і швидкісна динаміка – 100 км/год набираються всього за 4,4 сек.

Зрозуміло, при таких властивостях виникне питання про довговічність батареї, так як висока продуктивність передбачає відповідну інтенсивність зносу активних елементів. Відразу треба відзначити, що виробник дає 8-річну гарантію на свої акумулятори. Ймовірно, і фактичний термін служби акумулятора «Тесла» буде аналогічним, але поки навіть перші володарі електрокарів не можуть підтвердити або спростувати цей показник.

З іншого боку, є дослідження, в яких відзначається помірна втрата потужності батареї. У середньому блок втрачає 5% мощностного потенціалу на 80 тис. км. Є й інший показник, що свідчить про те, що кількість звернень користувачів електрокарів «Тесла» з причин неполадок в акумуляторному блоці скорочується по мірі виходу нових модифікацій.

Ємність батареї

З оцінкою ємнісного показника акумуляторів не все однозначно. По мірі розвитку лінійки ця характеристика пройшла шлях від 60 до 105 кВт*год, якщо брати найбільш помітні версії. Відповідно, за офіційними даними на поточний момент пікова ємність акумулятора «Тесла» становить близько 100 кВт*год. Однак за результатами перевірки перших власників електрокарів з таким оснащенням з’ясувалося, що, наприклад, модифікація на 85 кВт*год фактично має об’ємом 77 кВт*год.

Аккумулятор "Тесла": устройство, характеристики, применение

 

Є й зворотні приклади, в яких виявляється перевищення обсягу. Так, модель батареї на 100 кВт*год при детальному дослідженні виявилася наділеною ємністю в 102,4 кВт*год. Також виявляються і нестиковки у визначенні кількості активних елементів живлення. Зокрема, мають місце розбіжності в оцінках кількості комірок батареї. Фахівці пов’язують це з тим, що акумулятор «Тесла» постійно модернізується, вбирає нові поліпшення і доопрацювання. У самій компанії відзначають, що щорічно нові версії блоку зазнають зміни в архітектурі, електронних компонентах і системі охолодження. Але в кожному випадку діяльність інженерів ставить метою поліпшення експлуатаційних якостей продукту.

Модифікація PowerWall

Як вже говорилося, паралельно з лінійкою автомобільних акумуляторів компанія «Тесла» розвиває сегмент накопичувачів енергії, призначених для побутових потреб. Однією з останніх і найбільш яскравих розробок в цьому сегменті теж став літій-іонний блок PowerWall. Його можна використовувати і в якості постійного джерела енергії для покриття певних енергетичних завдань і як резервний блок з функцією автономного генератора. Даний акумулятор «Тесла» представлений в різних виконаннях, які відрізняються ємністю. Так, найбільш популярні моделі на 7 та 10 кВт*год .

Аккумулятор "Тесла": устройство, характеристики, применение

Що стосується експлуатаційних якостей, то мощностный потенціал становить 3,3 кВт при напрузі 350-450 В та силі струму 9 А. Маса блоку – 100 кг, тому про мобільності акумулятора можна забути. Хоча не варто відкидати можливість застосування блоку на дачі в сезонний час. Про пошкодження батареї при транспортуванні хвилюватися не варто, оскільки розробники особливу увагу приділяють фізичного захисту корпусу. Єдине, що може засмутити новоспеченого користувача даної продукції «Тесла» — час зарядки акумулятора, що становить близько 10-18 год в залежності від версії накопичувача.

Модифікація PowerPack

Дана система базується на елементах PowerWall, але призначена для обслуговування підприємств. Тобто мова йде про комерційної версії енергетичного накопичувача, який піддається масштабуванню і здатний забезпечувати високу продуктивність цільового об’єкта. Достатньо сказати, що обсяг батареї становить 100 кВт, хоча і ця ємність не є максимальною. Розробники передбачили гнучку систему об’єднання декількох блоків з можливістю забезпечення від 500 кВт до 10 МВт.

Більш того, і поодинокі акумулятори PowerPack удосконалюються в своїх експлуатаційних якостях. Не так давно було заявлено про появу другого покоління комерційного акумулятора «Тесла» характеристики в плані потужності досягли вже 200 кВт, а ККД – 99%. Відрізняється даний резерв зберігання енергії і технологічними властивостями.

Інженери для забезпечення можливості розширення обсягу застосували новий інвертор реверсивного типу. Завдяки цьому нововведенню збільшилася потужність та продуктивність блоку. Найближчим часом компанія планує запропонувати концепцію запровадження осередків PowerPack в структуру допоміжних сонячних елементів Solar Roof. Це дасть можливість заповнювати енергетичний потенціал акумулятора не через магістральні лінії електропостачання, а за рахунок безкоштовної сонячної енергії в безперервному режимі.

Аккумулятор "Тесла": устройство, характеристики, применение

Де проводиться акумулятор «Тесла»?

За заявами виробника, літій-іонні батареї виготовляє його власна фабрика Gigafactory. Причому сам процес складання реалізується спільно з фірмою Panasonic. До речі, і комплектуючі для акумуляторних сегментів також поставляє японська компанія. На потужностях Gigafactory, зокрема, випускається новітня серія живлять блоків, призначених для третього покоління електрокарів Model. За деякими розрахунками, сукупність обсягу випущеної батарей на максимальному виробничому циклі повинна скласти 35 ГВт*год на рік. Для порівняння, цей обсяг займає половину всіх потужностей, що випускаються в світі елементів живлення. Обслуговувати такий високий потенціал будуть 6500 працівників підприємства, хоча в майбутньому планується створити ще близько 20 тис. робочих місць.

При цьому треба відзначити, що акумулятор «Тесла» модель S має високу ступінь захисту від злому, що практично мінімізує ризики появи на ринку контрафактних аналогів. До того ж і сам процес виготовлення передбачає участь високоточних роботизованих агрегатів. Очевидно, що повторити технологію сьогодні здатні тільки корпорації такого ж рівня, як і «Тесла». Втім, зацікавленим фірмам це і не потрібно, так як вони займаються власними розробками в цьому напрямку.

Вартість акумуляторів

Ціни на акумулятори фірми «Тесла» також регулярно змінюються, що пов’язано зі здешевленням технологій виробництва і виходом нових компонентів з більш високими експлуатаційними характеристиками. Ще кілька років тому батарею для електрокара Model S можна було придбати за 45 000$. На даний момент елементи стоять 3 000-5 000$. Аналогічні цінники поширюються на пристрої для домашнього використання PowerWall. А ось найдорожчим є комерційний акумулятор «Тесла», ціна якого становить 25 000$. Але і це стосується лише версії першого покоління.

Аналоги від конкурентів

Як вже зазначалося, «Тесла» не є монополістом в сегменті. На ринку чимало аналогічних пропозицій, які можуть бути менш відомі, але за характеристиками цілком конкурентоспроможні. Так, альтернативу системі PowerWall пропонує корейська фірма LG, розробила елементи Chem RESU. Блок ємністю 6,5 кВт*год оцінюється в 4 000$. Накопичувачі з діапазоном 6-23 кВт*год пропонує Sunverge. Цей продукт відрізняється можливістю моніторингу заряду і підключенням до сонячних панелей. Його вартість варіюється в середньому від 10 000$ до 20 000$. Фірма ElectrIQ пропонує домашні енергетичні накопичувачі ємнісним потенціалом 10 кВт*год. Блок коштує 13 000$, проте в цю вартість входить також інвертор.

Освоюють інноваційний напрям і інші автомобільні виробники, які ще щільніше тіснять на ринку акумулятор «Тесла» в різних модифікаціях. Серед конкурентів цієї ланки особливо відзначаються Nissan і Mercedes. У першому випадку пропонується лінійка акумуляторів XStorage ємністю 4,2 кВт*год. До особливостей цих елементів варто віднести високу ступінь екологічної безпеки, що вкладається у вимоги новітніх європейських стандартів виробництва автомобілів. У свою чергу, Mercedes випускає невеликі елементи по 2,5 кВт*год, але їх можна об’єднувати у більш продуктивні блоки, потужність яких досягає 20 кВт*год.

Аккумулятор "Тесла": устройство, характеристики, применение

Висновок

Виробник «Тесла», безумовно, є самим популярним розробником інноваційних систем енергопостачання та екологічного автотранспорту. Але, відкриваючи нові горизонти у світі технологій, і ця фірма стикається із серйозними перешкодами. Зокрема електрокарів Tesla Model S з літій-іонними батареями регулярно критикуються фахівцями за недостатньо високу безпеку в плані захисту від загорянь елементів живлення. Хоча в останніх версіях інженери зробили суттєві доробки в цьому відношенні.

Як і раніше зберігається і проблема недоступності акумуляторів для масового споживача. І якщо з побутовими накопичувачами ця ситуація змінюється за рахунок здешевлення елементів, то ідея сполучення блоків з сонячними панелями поки не може бути успішною на ринку із-за високої вартості. Можливості акумуляції безкоштовної енергії найбільш перспективні і вигідні для користувачів, але придбання таких систем не до снаги більшості навіть зацікавлених споживачів. Це ж стосується й інших напрямків, в яких передбачається залучення альтернативних джерел енергії. Принцип їх роботи дає масу переваг, але вони досягаються тільки за рахунок складного високотехнологічного обладнання.

Related posts